27063

ساخت جاذب‌هاي پليمري امولسيوني قالبي (PolyHIPE) جهت حذف عناصر سنگين از پساب نيروگاهي

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي-مهندسي پليمر

1398-1401

1401/4/25

دكتز محمد رضا مقبلي

دكتر اميرحسين خليلي گركاني

مهندسي شيمي

جاذب‌هاي پليمري بسيار متخلخل(PolyHIPE) به روش پليمريزاسيون امولسيوني با درصد زياد فاز داخلي، متشكل از مونومرهاي استايرن و دي‌وينيل‌بنزن ساخته شد. سپس مونومر 1-وينيل¬ايميدازول به سيستم اضافه شد. جهت پايدارسازي سيستم حين سنتز اين مونومر به كمك پمپ خلأ درون ساختار اسفنج وارد شد. از 4 محلول با غلظت‌هاي مختلف مونومر استفاده شد. براي اطمينان حاصل كردن از قرار گرفتن اين مونومر در ساختار اسفنج آناليز FTIR انجام شد كه طول‌موج‌هاي مربوط به گروه عاملي‌هاي حاوي عنصر نيتروژن در نمونه‌هاي حاوي 1-وينيل‌ايميدازول مشاهده شد. آناليز FESEM نيز از اين 4 نمونه حاوي شواهدي از قرارگيري ذراتي بر سطح ديواره‌هاي اسفنج بود. به‌منظور بررسي كارايي اسفنج PolyHIPE در عمليات جذب و بررسي زمان به تعادل رسيدن سيستم، مقدار مشخصي از جاذب معادلgr/100ml 3/0 درون يك محلول ppm 1500 از يون آهن به مدت 3 ساعت قرار داده شد. طي بازه‌هاي زماني متفاوت از هر ظرف محلول نمونه‌برداري شد و تحت آزمايش ICP قرار گرفت. سيستم پس از 180 دقيقه به تعادل رسيده بود و بيشترين درصد حذف مربوط به جاذب با بالاترين درصد مونومر 1-وينيل‌ايميدازول بود. جهت حذف يون آهن به نانو ذرات اكسيد آهن نياز بود كه پس از تهيه جهت اندازه‌گيري پراكندگي اندازه ذرات تحت آناليز DLS قرار گرفت. در ادامه 3 محلول با غلظت‌هاي مختلف نانو ذرات اكسيد آهن به درون اسفنج PolyHIPE وارد شد. با بررسي بازده جذب اين 3 نمونه در شرايط ذكر شده در حالت قبل، مشخص شد كه نمونه حاوي 15% 1-وينيل‌ايميدازول و 20% نانو ذرات اكسيد آهن بهترين بازده حذف يون آهن را داشتند. سپس براي بررسي تأثير عواملي همچون pH، غلظت پساب و دوز جاذب از نرم‌افزار Design Expert به‌منظور طراحي آزمايش آماري با روش سطح پاسخ استفاده شد. درنتيجه مشاهده شد افزايش غلظت پساب از ppm 1000 به ppm 2000 باعث كاهش چشمگير درصد حذف مي‌شود. در مورد عامل pH، بالاترين درصد حذف براي8 pH= بود. اما روند تغييرات بازده حذف نسبت به دوز جاذب بستگي به غلظت پساب داشت. در ادامه نتيجه تأثير يون‌هاي مداخله‌گر بر روند جذب حاكي از آن بود كه اسفنج PolyHIPE براي حذف يون‌هاي متفاوت بازده مطلوبي را نشان مي‌دهد. در ادامه به‌منظور بررسي خواص مكانيكي اسفنج PolyHIPE نانو ذرات اصلاح‌شده سلولز به آن افزوده شد. مشاهده شد كه روند كلي تغييرات مدول يانگ با افزايش درصد نانو ذرات افزايشي است. ايزوترم‌هاي مختلفي براي اين تحقيق موردبررسي قرار گرفت كه با توجه به ضريب همبستگي، بهترين ايزوترم توصيف‌كننده در اين پژوهش ايزوترم لانگموير بود. همچنين مدل سينتيكي شبه مرتبه دوم براي هر 4 درصد مختلف مونومر 1-وينيل‌ايميدازول، مدل مطلوب شناخته شد.

1401/07/11

Synthesis of templated emulsion polymer absorbents (PolyHIPE) to remove heavy metal elements from power plant effluents

7/16/2023 12:00:00 AM

Highly porous polymer absorbents (PolyHIPE) were made by emulsion polymerization method with a high percentage of internal phase, consisting of styrene and divinylbenzene monomers. Then 1-vinyl-imidazole monomer was added to the system. In order to stabilize the system during the synthesis, this monomer was inserted into the sponge structure with the help of a vacuum pump. 4 solutions with different monomer concentrations were used. FTIR analysis was performed to ensure the placement of this monomer in the sponge structure, and the wavelengths related to the functional groups containing nitrogen element were observed in the samples containing 1-vinylimidazole. The FESEM analysis of these 4 samples contained evidence of the placement of particles on the surface of the sponge walls. In order to check the efficiency of PolyHIPE sponge in the absorption operation and check the time to reach the equilibrium of the system, a certain amount of adsorbent equivalent to 0.3 gr/100ml was placed in a 1500 ppm solution of iron ion for 3 hours. During different time intervals, samples were taken from each solution container and subjected to ICP test. The system had reached equilibrium after 180 minutes and the highest removal percentage was related to the adsorbent with the highest percentage of 1-vinylimidazole monomer. In order to remove iron ions, iron oxide nanoparticles were needed, which after preparation were subjected to DLS analysis to measure the size distribution of the particles. Next, 3 solutions with different concentrations of iron oxide nanoparticles were introduced into the PolyHIPE sponge. By examining the adsorption efficiency of these 3 samples in the conditions mentioned in the previous case, it was found that the sample containing 15% 1-vinylimidazole and 20% iron oxide nanoparticles had the best efficiency of iron ion removal.Then, to investigate the effect of factors such as pH, effluent concentration and adsorbent dose, Design Expert software was used to design a statistical experiment with the response surface method. As a result, it was observed that increasing the effluent concentration from 1000 ppm to 2000 ppm causes a significant decrease in the removal percentage. Regarding the pH factor, the highest removal percentage was for pH=8. But the process of changes in removal efficiency relative to adsorbent dose depended on the effluent concentration. Next, the result of the effect of interfering ions on the absorption process indicated that the PolyHIPE sponge shows a favorable efficiency for the removal of different ions. Further, in order to check the mechanical properties of PolyHIPE sponge, modified cellulose nanoparticles were added to it. It was observed that the general trend of changes in Young's modulus is increasing with the increase in the percentage of nanoparticles. Different isotherms were examined for this research, and according to the correlation coefficient, the best describing isotherm in this research was the Langmuir isotherm. Also, pseudo-second-order kinetic model was found to be the optimal model for all 4 different percentages of 1-vinylimidazole monomer.

جذب , امولسيون با درصد زياد فاز داخلي , جاذب پليمري

polyHIPE

Yasaman Farahat

Mohammad reza Moghbeli